DE19922338A1 - Verfahren zum Herstellen einer vorgegebenen Wirkbeziehung zwischen der Betätigung des Fahrpedals und dem daraus resultierenden Bremsmoment eines Fahrzeugs - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer vorgegebenen Wirkbeziehung zwischen der Betätigung des Fahrpedals und dem daraus resultierenden Bremsmoment eines FahrzeugsInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer vorgegebenen Wirkbeziehung zwischen der Betätigung des Fahrpedals und dem daraus resultierenden Bremsmoment eines Fahrzeugs wird der mögliche Verstellbereich des Fahrpedals in mindestens zwei Regelbereiche unterteilt. Ein erster Regelbereich wird unterhalb eines ersten vorgegebenen Fahrpedalwinkels definiert. Im ersten Regelbereich werden Stellglieder, die eine Verzögerung des Fahrzeuges bewirken können, entsprechend einem vorgegebenen Bremsmomentenverlauf geregelt. DOLLAR A Vorzugsweise wird der zweite Regelbereich oberhalb eines zweiten vorgegebenen Fahrpedalwinkels definiert. Zwischen dem ersten und dem zweiten vorgegebenen Fahrpedalwinkel wird ein dritter Regelbereich definiert, in dem die Stellglieder, die eine Verzögerung oder eine Beschleunigung bewirken können, in der Weise geregelt werden, daß das Bremsmoment bzw. das Antriebsmoment des Fahrzeuges jeweils konstant gehalten wird.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer vorgegebenen
Wirkbeziehung zwischen der Betätigung des Fahrpedals und dem daraus resultie
renden Bremsmoment eines Fahrzeugs.
Bei heutigen Fahrzeugen wird üblicherweise die Antriebskraft eines Fahrzeugs mit
tels des Fahrpedals geregelt. Bei kontinuierlicher Betätigung des Fahrpedals ausge
hend von der Nullage wird das Antriebsmoment des Motors (in Form einer Brenn
kraftmaschine) entsprechend kontinuierlich erhöht, indem das für den Antrieb ver
antwortliche Stellelement, z. B. die Drosselklappe bei Ottomotoren, angesteuert
wird. In der Fahrpedal-Nullage selbst wird kein Antriebsmoment übertragen, d. h. der
Motor geht in den Schubbetrieb über, wodurch sich ein sog. Motorschleppmoment
ergibt.
In Fig. 4 ist eine mögliche Fahrpedalcharakteristik nach heutigem Serienstand dar
gestellt. Hierzu zeigt Fig. 4 eine Antriebsmomentenkennlinie 1, die sich bei einem
kleinen eingelegten Gang ergibt, und eine Antriebsmomentenkennlinie 2, die sich
bei einem hohem eingelegten Gang ergibt, abhängig vom Fahrpedalwinkel W
(Abszisse). Der Fahrpedalwinkel W kann beispielsweise einen Verstellbereich von
0° bis 18° aufweisen. Auf der Ordinate in Fig. 4 ist das Antriebsmoment aufgetragen,
wobei unterhalb der Null-Linie das verzögernde Moment MV (Bremsmoment, negati
ves Antriebsmoment) und oberhalb der Null-Linie das beschleunigende Moment MB
(positives Antriebsmoment) dargestellt sind. In der Nullage des Fahrpedals, d. h.
W ≦ 0°, ergeben sich automatisch und abrupt, insbesondere abhängig vom einge
legten Gang und vom Motorschleppmoment, unterschiedliche Bremsmomente:
MV = M1 für die Antriebsmomentenkennlinie 1 und MV = M2 für die Antriebsmomenten
kennlinie 2; d. h. das Bremsmoment M1 im kleinen Gang ist erheblich größer als das
Bremsmoment M2 im hohen Gang.
Bei dieser Art der Antriebsregelung hat der Fahrer über das Fahrpedal keinen Ein
fluß auf die in der Nullage auftretende Verzögerung. Sie ergibt sich automatisch aus
dem momentan vorliegenden Schleppmoment des Motors (z. B. Ottomotor oder
Dieselmotor). Das Schleppmoment wiederum ist ebenfalls abhängig von einer Viel
zahl von Faktoren, wie z. B. von der Motordrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit,
dem eingelegten Gang, dem Hubraum und/oder dem Getriebetyp (z. B. Handschalt-
oder Automatikgetriebe).
In Fig. 5 sind schematisch die sich ergebenden Antriebsmomente (bzw. Bremsmo
mente) in Form von Beschleunigungen a (bzw. Verzögerungen) abhängig vom je
weils eingelegten Gang und von der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit v bei
einem Fahrzeug mit einem Schaltgetriebe nach dem Stand der Technik dargestellt.
Insbesondere ein Fahren in der Kolonne ist um so einfacher, je höher die Fahrzeug
verzögerung beim Loslassen des Fahrpedals ist. Diese Verzögerung setzt sich aus
der Eigenverzögerung (Luftwiderstand, Rollwiderstand) und der aus dem Motor
schleppmoment resultierenden Verzögerung zusammen.
Die Verwendung niedriger Gangstufen und hoher Drehzahlen gestaltet zwar das
Fahren in der Kolonne einfach und komfortabel, sie stellt jedoch das Gegenteil einer
verbrauchsgünstigen Fahrweise dar und ist darüber hinaus mit Geräuschemission
und Motorverschleiß verbunden. Ein auf Verbrauch bedachter Fahrer wird möglichst
einen hohen Gang benutzen. Besonders beim Fahren in der Kolonne ist ein hoher
Gang und damit ein niedriges Schleppmoment nachteilig, da zur Anpassung der
eigenen Fahrzeuggeschwindigkeit an die Fahrzeuggeschwindigkeit des vorausfah
renden Fahrzeugs häufig gebremst werden muß, wodurch Komforteinbußen die
Folge sind. Oftmals läßt der Fahrer, um ein Bremsen zu vermeiden, das eigene
Fahrzeug näher an das vorausfahrende Fahrzeug heranrollen, als es der Sicher
heitsabstand erlauben würde.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Fahrpedalcharakteristik eingangs genannter Art
derart zu verbessern, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Insbesonde
re soll der Komfort, die Sicherheit und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden.
Unter dem vereinfachenden Begriff Fahrpedalcharakteristik wird ein Verfahren ver
standen, durch das eine vorgegebene Wirkbeziehung zwischen der Betätigung des
Fahrpedals und dem daraus resultierenden Antriebs- bzw. Bremsmoment des Fahr
zeugs hergestellt wird.
Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum Herstellen einer vorgegebenen
Wirkbeziehung zwischen der Betätigung des Fahrpedals und dem daraus resultie
renden Bremsmoment eines Fahrzeugs der mögliche Verstellbereich des Fahrpe
dals in mindestens zwei Regelbereiche unterteilt. Im ersten Regelbereich unterhalb
eines ersten vorgegebenen Fahrpedalwinkels werden Stellglieder, die eine Verzöge
rung des Fahrzeuges bewirken können, entsprechend einem vorgegebenen
Bremsmomentenverlauf geregelt.
Grundsätzlich wird in einem zweiten Regelbereich oberhalb eines zweiten Fahrpe
dalwinkels, der gleich dem ersten Fahrpedalwinkel oder größer als der erste Fahr
pedalwinkel sein kann, das Motormoment und/oder das Antriebsmoment in ge
wohnter Weise geregelt. Dieser zweite Regelbereich selbst ist jedoch nicht Gegen
stand der Erfindung.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden in einem dritten Regelbereich zwischen
dem ersten und dem zweiten vorgegebenen Fahrpedalwinkel die Stellglieder, die
eine Verzögerung oder eine Beschleunigung bewirken können, in der Weise gere
gelt, daß das Bremsmoment bzw. das Antriebsmoment des Fahrzeuges auf dem
Wert konstant gehalten wird, der bei Erreichen eines Fahrpedalwinkels im dritten
Regelbereich vorliegt. Die Erfindung geht hierbei davon aus, daß dem Fahrer ein
Bereich zugestanden wird, bei dem er weder einen Antrieb noch eine Verzögerung
wünscht und der nicht so klein definiert wird, daß ein Pendeln zwischen Antrieb und
Verzögerung auftreten kann.
Ideal ist die Erfindung in Kombination mit Stellgliedern von Systemen, die das
Schleppmoment des Motors gezielt beinflussen können. Im ersten Regelbereich bei
Erreichen des ersten vorgegebenen Fahrpedalwinkels von oben oder im dritten Re
gelbereich bei Erreichen des zweiten vorgegebenen Fahrpedalwinkels von oben
wird z. B. das Schleppmoment soweit wie möglich herabgesetzt, um die kinetische
Energie des Fahrzeugs so lange wie möglich auszunutzen. Bei der Fahrpedalbewe
gung in Richtung Verzögerung, d. h. bei einer weiteren Abnahme des Fahrpedalwin
kels unterhalb des ersten vorgegebenen Fahrpedalwinkels wird kontinuierlich das
Schleppmoment erhöht. Stellglieder, die eine derartige Schleppmomentenregelung
ermöglichen, sind z. B. elektrisch ansteuerbare Ventile von EVT-Systemen (EVT =
elektrisch variabler Ventiltrieb), bei denen die Ventile willkürlich geschlossen werden
können, oder Stellglieder eines Kurbelwellen-Starter-Generators (KSG).
Weitere Stellglieder, die eine Verzögerung des Fahrzeuges bewirken können, sind
im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Fahrpedalcharakteristik z. B. Kom
ponenten von Radbremsregelsystemen für aktive Bremseingriffe unabhängig von
der Betätigung des Bremspedals oder Komponenten von elektronisch gesteuerten
Automatikgetrieben für ein automatisches Zurückschalten der Gänge.
Mit der vorliegenden Erfindung werden eine Vielzahl von Vorteilen erreicht. So ergibt
sich beispielsweise bei Automatikfahrzeugen ein erheblicher Komfortgewinn da
durch, daß bei Kolonnenfahrt nicht ständig zwischen Fahr- und Bremspedal ge
wechselt werden muß. Sicherheit wird durch ermüdungsfreies Einhalten des Sicher
heitsabstandes gewonnen. Bei Handschaltgetriebefahrzeugen wird dennoch eine
kraftstoffsparende Fahrweise durch niedrige Drehzahlen und hohe Gänge ermög
licht. In Verbindung mit Energierückgewinnungssystemen (z. B. Kurbelwellen-Starter-
Generator (KSG)) kann erheblich Treibstoff gespart werden. Iri Verbindung mit Mo
torstop, automatischen Kupplungen, Freiläufen und CVT-Getrieben wird eine kom
fortable, nicht gewöhnungsbedürftige und unproblematische Fahrweise ermöglicht.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine mögliche Fahrpedalkennlinie, die in zwei Regelbereiche eingeteilt ist,
Fig. 2 eine erste erfindungsgemäße Fahrpedalcharakteristik und
Fig. 3 eine zweite erfindungsgemäße Fahrpedalcharakteristik.
In Fig. 1 ist eine mögliche Fahrpedalkennlinie als Fahrpedalkraft F in Abhängigkeit
vom Fahrpedalwinkel W mit Hysterese bezogen auf den Verlauf des Verzögerungs
vorganges (obere Linie) im Unterschied zum Verlauf des Beschleunigungsvorgan
ges (untere Linie) dargestellt. Die Fahrpedalkennlinie ist im Hinblick auf den ge
samten Fahrpedalwinkelbereich von beispielsweise 0° bis 18° in zwei Regelbereiche
A und B aufgeteilt. Der erste Regelbereich A liegt in diesem Beispiel (vgl. auch Fig.
2) unterhalb eines vorgegebenen Fahrpedalwinkels W von 4°. Der zweite Regelbe
reich B liegt oberhalb desselben vorgegebenen Fahrpedalwinkels. In einer mögli
chen Alternative (vgl. auch Fig. 3) könnte der erste Regelbereich A auch unterhalb
eines ersten Fahrpedalwinkels W, z. B. 2°, und der zweite Regelbereich B oberhalb
eines zweiten Fahrpedalwinkels W, z. B. 6°, liegen. Damit würde ein dritter Regelbe
reich C zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrpedalwinkel W entstehen. Das
Erreichen des ersten und/oder zweiten Fahrpedalwinkels W kann dem Fahrer vor
zugsweise haptisch mitgeteilt werden.
Mögliche Erzeugung der Fahrpedalkennlinie: Im Zuge der Weiterentwicklung der
Fahrpedalsysteme könnte auf mechanischer Basis eine entsprechende Kennlinie
fest installiert werden. Günstigere Voraussetzungen bietet das aktive Fahrpedal, bei
dem eine feste Grundkennlinie über einen Stellmotor am Pedal mit Zusatzkräften
überlagert werden kann. Ein Maximum an Flexibilität bietet das sog. Force-
Feedback-Fahrpedal, bei dem Kennlinien und Hysteresen frei gestaltet und ereigni
sorientiert angepaßt werden können.
In den Fig. 2 und 3 sind abhängig von den zwei bzw. drei definierten Regelbe
reichen A, B und ggf. C mögliche erfindungsgemäße Fahrpedalcharakteristika in
Form von Antriebsmomenten bzw. Bremsmomenten in Abhängigkeit vom Fahrpe
dalwinkel W dargestellt.
In beiden Fig. 2 und 3 wird im zweiten Regelbereich B (Antriebsbereich) das
Antriebsmoment wie gewohnt geregelt. Im ersten Regelbereich A (Bremsbereich)
wird eine vorgegebene Verzögerung bzw. ein vorgegebener Bremsmomentenver
lauf aufgebaut. Die Höhe der regelbaren Verzögerung sollte vorzugsweise die bei
hohen Drehzahlen auftretende Eigenverzögerung nicht überschreiten.
In Fig. 3 ist als Alternative zu Fig. 2 ein dritter Regelbereich C dargestellt. In diesem
Regelbereich C wird das Antriebsmoment auf dem Wert konstant gehalten, der bei
Erreichen des dritten Regelbereichs ausgehend vom Regelbereich A oder ausge
hend vom Regelbereich B bezogen auf den Fahrpedalwinkel W gerade vorliegt.
In hier nicht dargestellten weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann der vorge
gebene Bremsmomentenverlauf im Regelbereich A jede beliebige in Richtung des
zunehmenden Fahrpedalwinkels W steigende Form aufweisen und auch bei Fehlen
eines Regelbereichs C im Unterschied zu Fig. 2 kontinuierlich in den Antriebsmo
mentenverlauf des Regelbereichs B übergehen.
Zum Erreichen der vorgegebenen Verzögerung bzw. des vorgegebenen (negativen)
Antriebsmomentenverlaufs (Bremsmomentenverlaufs) im Regelbereich A (Fig. 2
und Fig. 3) wird in einem vorzugsweise ohnehin vorhandenen elektronischen Steu
ergerät (z. B. Motorsteuergerät) die Istverzögerung mit der dem jeweiligen Fahrpe
dalwinkel W zugeordneten Sollverzögerung verglichen. Bei Bedarf werden be
stimmte Maßnahmen ergriffen, um die Regelabweichung auszugleichen. Derartige
Maßnahmen sind z. B. ein Bremseneingriff über ein elektronisches Radbremsregel
system, das Zurückschalten bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe, eine Erhöhung
des Schleppmoments bei Motoren mit variablem Ventiltrieb (EVT) oder eine Erzeu
gung des Schleppmoments mittels eines Kurbelwellenstartergenerators (KSG).
Beispielsweise bei Fahrzeugen mit einer automatischen Kupplung wird zur Erzeu
gung des notwendigen Bremsmoments dosiert eingekuppelt. Der Schlupf kann so
geregelt werden, daß das Istbremsmoment dem Sollbremsmoment entspricht. Falls
das Bremsmoment mittels der automatischen Kupplung nicht ausreicht, wird die
Differenz z. B. durch einen Bremseingriff vom Radbremsregelsystem ausgeglichen.
Hervorragende Voraussetzungen bietet der Einsatz eines CVT-Getriebes, da sich
damit das Bremsmoment durch Änderung der Übersetzung sehr leicht regeln läßt.
Allein dadurch ergibt sich bereits eine erhebliche Verbrauchseinsparung, die durch
Verwendung einer automatischen Kupplung oder z. B. auch eines schaltbaren Frei
laufs noch steigerungsfähig ist.
Bei Fahrzeugen mit Kurbelwellen-Starter-Generatoren (KSG) ist das KSG-
Antriebsmoment dem Motormoment überlagert. Das Bremsmoment wird bei nicht
ausreichender Bremswirkung des KSG durch das Motorbremsmoment oder mit Hilfe
der Radbremsen zum gewünschten Gesamtbremsmoment ergänzt.
Eine ideale Grundlage zur Realisierung der Erfindung ist eine voll variable Ventil
steuerung. Im Schubbetrieb kann damit das Motorschleppmoment in erheblichem
Maße beeinflußt werden. Geschlossene Ventile bedeuten ein sehr kleines Schlepp
moment. Ein kurz vor dem oberen Totpunkt (OT) der Zylinder öffnendes Auslaßven
til bewirkt ein hohes Schleppmoment. Vor allem die Absenkung des Schleppmo
ments deutlich unter das heutige Niveau eröffnet die Chance, auch ohne Freilauf
und ohne automatische Kupplung signifikante Verbrauchseinsparungen zu erzielen.
Die Eigenverzögerung bei heutigen Fahrzeugen schwankt in der Regel zwischen 0,2
m/s2 (freirollendes Fahrzeug) und 1 m/s2 bei hohen Motordrehzahlen. Als Grenzwert
für eine vom Fahrer über das Fahrpedal dosiert aufzubringende Eigenverzögerung
könnten z. B. 1 m/s2 angesetzt werden. Damit würde man sich innerhalb des heute
üblichen Bereichs bewegen. Es sind aber auch noch deutlich höhere Werte bis ca. 2
m/s2 möglich.
Erfindungsgemäß wird also dem Fahrer die Möglichkeit gegeben, die Fahrzeugver
zögerung mittels des Fahrpedals zu beeinflussen. Bei der heutigen Fahrpedalausle
gung besteht nur die Möglichkeit, entweder über den Motor anzutreiben oder mit
dem Motor in Schubabschaltung zu gehen. Der Übergang vom einen in den anderen
Betriebszustand erfolgt abrupt und ist nicht dosierbar. Durch die Zweiteilung der
Fahrpedalcharakteristik wird dem Fahrer die Möglichkeit gegeben, nicht nur das
Antriebsmoment, sondern auch die Verzögerung bis hin zu einer bestimmten
Schwelle zu regeln.
Claims (2)
1. Verfahren zum Herstellen einer vorgegebenen Wirkbeziehung zwischen der
Betätigung des Fahrpedals und dem daraus resultierenden Bremsmoment eines
Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß der mögliche Verstellbereich (0° bis
18°) des Fahrpedals in mindestens zwei Regelbereiche (A, B; A, B, C) unterteilt
wird, daß ein erster Regelbereich (A) unterhalb eines ersten vorgegebenen
Fahrpedalwinkels (W = 4°; W = 2°) definiert wird und daß im ersten Regelbereich
(A) Stellglieder, die eine Verzögerung des Fahrzeuges bewirken können, ent
sprechend einem vorgegebenen Bremsmomentenverlauf (MV) geregelt werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Re
gelbereich (B) oberhalb eines zweiten vorgegebenen Fahrpedalwinkels (W = 6°)
definiert wird und daß zwischen dem ersten (W = 2°) und dem zweiten (W = 6°)
vorgegebenen Fahrpedalwinkel (W) ein dritter Regelbereich (C) definiert wird, in
dem die Stellglieder, die eine Verzögerung oder eine Beschleunigung bewirken
können, in der Weise geregelt werden, daß das Bremsmoment (MV) bzw. das
Antriebsmoment (MB) des Fahrzeuges konstant gehalten wird.
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